作者:孙丹宁 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/29 15:11:17
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研究阐明飞蝗上颚构造,将为害虫防治提供新靶标

 

昆虫外骨骼兼具骨骼和皮肤的双重功能,是其赖以生存的重要法宝,因此外骨骼形成机制一直是昆虫学领域的研究前沿。而飞蝗是一种世界性、暴食性的害虫,其生理习性使得飞蝗对其上颚的构造及耐磨性要求很高。因此,阐明飞蝗上颚构造及耐磨性的分子机制,不仅能为害虫防治提供新靶标,而且也能为仿生材料设计提供思路。

近日,大连理工大学刘田教授团队与中国农业科学院杨青教授团队合作,在飞蝗上颚构造及耐磨性的分子机制研究上取得重要进展,相关成果发表在《美国化学会— 纳米》《物质》上。

关键结构蛋白决定飞蝗上颚构造及耐磨性的分子机制。大连理工大学供图

通过分析飞蝗上颚的转录组和蛋白质组数据,团队发现了两种高丰度的结构蛋白—LmMHSP和LmCPH-1。一方面,通过RNA干扰,证明了LmMHSP和LmCPH-1对于飞蝗上颚机械性能具有关键性作用。另一方面,通过重组蛋白表达及性质表征,证明了LmMHSP是上颚几丁质骨架结构组装的核心元件,具有包括几丁质结合、基质形成、化学交联和金属配位等多种功能,这种多功能整合及协同作用使LmMHSP在决定飞蝗上颚的机械梯度方面发挥了重要作用,并且另一个蛋白LmCPH-1可以通过自下而上的层级自组装,形成具有超高模量的薄膜,其性能优于大多数已知的天然蛋白材料。因此,LmCPH-1是通过形成坚硬的“混凝土”来填充上颚的几丁质骨架,从而强化了飞蝗上颚的机械性能。

由于LmMHSP和LmCPH-1的同源蛋白广泛存在于其它昆虫中,因此上述发现可能是昆虫构建坚硬外骨骼的保守机制。

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08715;https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.01.020

 
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